Ist bekannt, zweidimensionales Material mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, zusätzlich zu den Elastizitätsmodul und die mechanischen Festigkeit, Bruchzähigkeit ist auch sehr wichtig mechanischer Index, die Fähigkeit eines Materials, reflektierenden instabiles Risswachstum zu widerstehen.
Da das Material der praktischen Anwendungen inhärente Mängel aufweisen, so dass die Bruchzähigkeit des Materials, das die mechanischen Eigenschaften in vielen Fällen reflektieren kann, die Young-Modul und eine sehr hohe mechanische Festigkeit, hohe Bruchzähigkeit ist nicht unbedingt die gleiche, z.B. Graphen bewies die höchste Elastizitätsmodul und die Festigkeit der Materialien, die bisher entdeckt werden, aber die Bruchzähigkeit von nur etwa 16 J / m2, weniger als bestimmten herkömmlichen Materialien, die mechanischen Eigenschaften des spröden Materials zu einem zweidimensionalen geführt werden Einer der wichtigen Gründe für seine geringe Bruchzähigkeit.
Zahlreiche Studien zeigen, dass die Einführung eines zweidimensionalen nanoskaligen Materialfehler die plastischen Eigenschaften des Materials verbessern kann, und weiterhin ihre Bruchfestigkeit verbessern, jedoch erfordert dieses Verfahren hohe experimentelle Techniken und teure Ausrüstung, um die Größe des Fehlers genau zu steuern, wird eingeführt, Und Form, und kann nur in einem sehr kleinen Bereich erreicht werden, ist es schwierig, in zweidimensionale Materialien zu skalieren.
Vor diesem Hintergrund entwickelte die Universität von Toronto Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter Team eine neue Strategie für chemische Mittel, die mechanischen Eigenschaften, chemische funktionelle Gruppen zu ändern, indem ein zweidimensionales Material einzuführen, und die Dicke von Graphen erhöhen, die stark die verbesserten Es wird erwartet, dass die plastischen Eigenschaften und die Bruchzähigkeit von zweidimensionalen Materialien in zweidimensionalen Materialanwendungen weit verbreitet sind.
Forscher durch Transmissions-Elektronenmikroskopie, die Elektronenkanone zuerst um etwa 10% der Breite Risse auf der mehrschichtigen Graphenoxids geätzt wird, waren die Graphenoxids Nach Risse situ Zugversuch in einem MEMS-Bauelement durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop, bis Es bricht komplett.
Es wurde gefunden, der Mehrschicht Graphenoxids Rissmechanismus zu verhindern, wenn Risse zu erweitern wurde, und nicht als Moment als Graphenfilm zum Rand erstreckt, sondern in der Mitte gestoppt wird, eine weitere Erhöhung der Spannung wurde der Riss an der Folie verlängert Am Rand wird dieser risshemmende Mechanismus zuerst in zweidimensionalen Materialien entdeckt.
Da ferner die Graphenoxids mehrschichtige nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Kurve, so kann die Risse Geli Fei Theorem nicht verwendet werden, um die Bruchzähigkeit zu berechnen, demonstrierte das Team keine Riss Theorem Applied Geli Fei nicht lineares zweidimensionales Material im Text ist Angemessenheit und Bruchzähigkeit des nichtlinearen Materials wird durch integrale Theorie Hutchinson and Rice vorgeschlagen angegebenen J- berechnet. SEM-Team über HD Bild durch die Finite-Elemente-Methode berechnet und erhielt J- integrale Theorie, mehrschichtiges Graphenoxids Die Bruchzähigkeit ist mehr als dreimal so hoch wie bei einlagigem reinem Kohlenstoff-Graphen.
Mögliche Ursachen mittels Molekulardynamik-Simulationen wies das Team darauf hin, dass Toronto zu einem mehrschichtigen Graphenoxids Hemmung führen könnte, ist Risse zeigt: Für einlagige Graphenoxids betrifft, sobald die Risse zu erweitern begann, wird natürlich leichter aufgebrochen zu verfolgen haben Kohlenstoffatomen, die Oxidation der funktionellen Gruppen, und, wenn das Ereignis mehr Energie erfordert, die SP2-Bindungen zu zerstören, Dehnungsenergie erfordert eine größere Ausdehnung Anschlag, während Graphenoxids weil sie nicht über die funktionelle Gruppe haben, obwohl sie höher ist, unter den gleichen Bedingungen erfordert Spannungsrisse, so daß die Expansion beginnt, aber zeigt keinen Riss Zusätzlich Hemmung, die zugrunde liegenden Ursachen von zugfesten mehrschichtiger Graphenoxids als reine Kohlenstoffmonoschicht von Graphen ist geschrotet reines Kohlenstoff Graphen jedes erweiterte Risses gleich sind, und Bei mehrschichtigem Graphenoxid ist der Rissausbreitungsweg jeder Schicht aufgrund der ungeordneten Verteilung der oxidierten funktionellen Gruppen unterschiedlich, was zu mehr Spannungsenergie führt.
Zusammenfassend bietet diese Studie eine theoretische und experimentelle Basis für die chemische Regulation der mechanischen Eigenschaften von zweidimensionalen Materialien und leitet neue Richtungen für die Herstellung von zweidimensionalen Materialien mit verbesserter Bruchzähigkeit! Changhong Cao, Sankha Mukherjee, Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter et al., Nichtlineare Bruchzähigkeitsmessung und Rissausbreitungsresistenz von funktionalisierten Graphen-Mehrfachschichten, Sci. Adv. 2018; 4: eaao7202.